JP2775812B2 - Charged particle beam equipment - Google Patents
Charged particle beam equipmentInfo
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は画像処理装置内のフレームメモリのエリアを
可変出来る走査型電子顕微鏡等の荷電粒子線装置に関す
る。Description: BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a charged particle beam apparatus such as a scanning electron microscope capable of changing an area of a frame memory in an image processing apparatus.
ここで言うフレームメモリのエリアとは、観察試料の
実画面を小領域に分割し、その分割された各小領域をデ
ジタル化して、デジタル量として実画面全体をフレーム
メモリに格納するフレームメモリの大きさを言う。The area of the frame memory referred to here is the size of the frame memory that divides the actual screen of the observation sample into small areas, digitizes each of the divided small areas, and stores the entire actual screen in the frame memory as a digital amount. Say.
〔従来の技術〕 従来、走査型電子顕微鏡等の装置は、試料像信号のS/
Nを上げるために0.5〜数秒／フレームのスロースキャン
で試料に荷電粒子線を照射し、この荷電粒子線の走査に
同期して試料像を表示器（以降CRTと称する）に表示す
る方式が多かった。しかしこの方式は、長残光性のCRT
を使用しても明るい所では試料像を観察しずらく、また
スキャン速度が遅いため顕微鏡の倍率を変更する際の操
作性が悪く、その改善が要求されている。[Prior art] Conventionally, an apparatus such as a scanning electron microscope has a S / S
In order to increase N, there are many methods of irradiating a sample with a charged particle beam at a slow scan of 0.5 to several seconds / frame, and displaying a sample image on a display (hereinafter referred to as a CRT) in synchronization with the scanning of the charged particle beam. Was. However, this method uses a long afterglow CRT
Even in the case of using a microscope, it is difficult to observe the sample image in a bright place, and the scanning speed is slow, so that the operability when changing the magnification of the microscope is poor, and its improvement is required.
最近では荷電粒子線を高速でスキャンして、試料から
得られる２次電子または反射電子等の試料像信号をディ
ジタル変換してフレームメモリに取り込み、その取込ま
れた試料像信号を荷電粒子線のスキャンする速度とは同
期させず、通常のテレビ放送と同等のスキャン速度でCR
Tに表示する装置が開発されている。このように改良さ
れた装置は、明るい所でも通常のテレビと同様に試料像
を観察することができ、高速スキャンによって操作性が
向上すると共に、一度フレームメモリに試料像を取り込
んだ後は、荷電粒子線の照射を止めても、フレームメモ
リ内に蓄えられた試料像をCRTに表示し続けることが出
来る。更に、フレームメモリに積算機能を持たせ試料像
信号を連続的に取り込み、既に取り込んである複数回の
試料像と新たに取込んだ試料像をフレームメモリ内で積
算して平均化することによって、試料像の質が向上され
ている。Recently, charged particle beams have been scanned at high speed, sample image signals such as secondary electrons or backscattered electrons obtained from the sample have been converted to digital form and taken into the frame memory. Do not synchronize with the scanning speed, CR at the same scanning speed as normal TV broadcast
Devices for displaying on T have been developed. The improved device enables observation of a sample image in a bright place as well as a normal television, improving operability by high-speed scanning and charging the sample image once it has been stored in the frame memory. Even if the irradiation of the particle beam is stopped, the sample image stored in the frame memory can be continuously displayed on the CRT. Furthermore, the frame memory is provided with an integrating function to continuously capture sample image signals, and a plurality of sample images that have already been captured and a newly captured sample image are integrated and averaged in the frame memory. The quality of the sample image has been improved.
しかしながら、この種の従来装置はフレームメモリの
エリアが固定になっているため、試料像の観察倍率を大
きくするとフレームメモリの一つの画素の等価的な大き
さよりも、試料面上の荷電粒子線スポットの方が遥かに
大きくなり、そのため冗長な試料像情報を取込む結果と
なる。However, in this type of conventional apparatus, since the area of the frame memory is fixed, when the observation magnification of the sample image is increased, the charged particle beam spot on the sample surface becomes larger than the equivalent size of one pixel of the frame memory. Is much larger, which results in the capture of redundant sample image information.
逆に観察倍率が低い場合、フレームメモリの画素より
もずっと小さい荷電粒子線スポットで試料像を取り込む
ので、再生するとザラついた見にくい試料像になってし
まう欠点が有った。Conversely, when the observation magnification is low, the sample image is captured with a charged particle beam spot much smaller than the pixels of the frame memory, and there is a disadvantage that the sample image becomes rough and difficult to see when reproduced.
現在市場に出回っているこの種の装置の多くは、512
×512程度の固定のフレームメモリを搭載しており、観
察倍率が大きくなると荷電粒子線スポット径から換算し
た必要画素数よりも、フレームメモリの画素数が多くな
り冗長に試料像情報を取り込む。そのため試料像取り込
みに時間がかかり試料像を移動させる時などの応答性が
悪くなる。一方、観察倍率が低い場合は、荷電粒子線ス
ポット径から換算した必要画素数よりフレームメモリの
画素数が少なくなり、明らかに試料像の質が劣化する。Many of these devices on the market today have 512
A fixed frame memory of about × 512 is mounted, and as the observation magnification increases, the number of pixels in the frame memory becomes larger than the required number of pixels converted from the charged particle beam spot diameter, and sample image information is fetched redundantly. Therefore, it takes a long time to capture the sample image, and the responsiveness when the sample image is moved is deteriorated. On the other hand, when the observation magnification is low, the number of pixels in the frame memory becomes smaller than the required number of pixels converted from the charged particle beam spot diameter, and the quality of the sample image clearly deteriorates.
この様に従来の装置は、荷電粒子線のスポット径もフ
レームメモリの大きさも固定になっているため、試料像
の観察倍率を変えると応答性、あるいは試料像の質のど
ちらかを犠牲にしなければならないと言う問題があっ
た。As described above, in the conventional apparatus, since the spot diameter of the charged particle beam and the size of the frame memory are fixed, if the observation magnification of the sample image is changed, either the responsiveness or the quality of the sample image must be sacrificed. There was a problem that it had to be.
本発明の目的は、観察試料像の表示倍率が変動して
も、分解能の良い試料像が得られ、応答性の優れた荷電
粒子線装置を提供することにある。SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a charged particle beam apparatus that can obtain a sample image with high resolution and has excellent responsiveness even when the display magnification of an observation sample image changes.
上記課題解決のために、本発明では荷電粒子光学系
（１、２、３、４、５、６、７、）と検出部材（８、1
7）と画像処理装置（18）と該画像処理装置（18）のフ
レームメモリに蓄えられた試料像を表示するCRT（19）
とステージ（10）とを制御する制御装置（11、12、13、
14、15、16、20、22）と、該制御装置に試料像の移動や
観察倍率の変更、及び画像回転等の指示を入力する入力
装置（21）と、を備えた荷電粒子装置において、 前記制御装置（11、12、13、14、15、16、20、22）
は、前記CRT（19）に表示する試料像の倍率に対応させ
て、画像処理装置（18）のフレームメモリのエリアを設
定する手段を有することを課題解決の手段とするもので
ある。In order to solve the above problem, in the present invention, the charged particle optical system (1, 2, 3, 4, 5, 6, 7) and the detection member (8, 1) are used.
7), an image processing device (18), and a CRT (19) for displaying a sample image stored in a frame memory of the image processing device (18)
And control devices (11, 12, 13,
14, 15, 16, 20, 22) and an input device (21) for inputting instructions such as movement of a sample image, change of observation magnification, and image rotation to the control device, The control device (11, 12, 13, 14, 15, 16, 20, 22)
The object of the present invention is to provide means for setting an area of a frame memory of an image processing device (18) in accordance with a magnification of a sample image displayed on the CRT (19).
本発明においては低倍での試料像取り込みに必要な大
きさのエリアを持ち、且つ、試料像の取り込みの範囲を
可変出来るフレームメモリを用意し、試料像を観察する
倍率に合わせてフレームメモリのエリアを段階的に変え
られるようにしたので、オペレータが試料の観察倍率を
設定すると、制御装置の中央制御回路は指定の倍率に対
応させて、予め換算しておいた所定の値にフレームメモ
リのエリアを自動的に変更させて、フレームメモリに試
料像を取り込ませることが出来る。In the present invention, a frame memory having an area of a size necessary for capturing a sample image at a low magnification and capable of changing the range of capturing the sample image is prepared, and the frame memory of the frame memory is adjusted according to a magnification for observing the sample image. Since the area can be changed stepwise, when the operator sets the observation magnification of the sample, the central control circuit of the control device associates the designated magnification with the predetermined value converted in advance in the frame memory. By automatically changing the area, the sample image can be loaded into the frame memory.
以下、倍率に対応させてのフレームメモリのエリア換
算を具体例にて記述する。Hereinafter, the area conversion of the frame memory corresponding to the magnification will be described with a specific example.
仮に装置の性能として荷電粒子線スポットの大きさを
直径50nm、表示するCRTの画面の大きさを100×100mmと
した場合、倍率を50,000倍に設定すると、試料面上での
荷電粒子線の走査領域は 100mm÷50,000＝２μｍ となり２μｍ×２μｍの領域を50nmのスポットで走査す
ることになる。Assuming that the size of the charged particle beam spot is 50 nm in diameter and the size of the CRT screen to be displayed is 100 × 100 mm as the performance of the device, if the magnification is set to 50,000 times, scanning of the charged particle beam on the sample surface The area is 100 mm ÷ 50,000 = 2 μm, and a 2 μm × 2 μm area is scanned with a 50 nm spot.
画像の分解能をスポット径の半分とすると必要な画素
数は ２μｍ÷50nm×２＝80 となり、余裕を持たせても100×100画素程度のフレーム
メモリが有れば良いことになる。Assuming that the resolution of the image is half the spot diameter, the required number of pixels is 2 μm ÷ 50 nm × 2 = 80, so that a frame memory of about 100 × 100 pixels is sufficient even if there is a margin.
次に観察倍率を1000倍とし、上記と同様にして必要十
分なフレームメモリのエリアを計算すると約4000×4000
画素となる。Next, when the observation magnification is set to 1000 times and the necessary and sufficient frame memory area is calculated in the same manner as above, about 4000 × 4000
It becomes a pixel.
以上の如く、荷電粒子線のスポット径と観察倍率から
フレームメモリの有効なエリアが決定される。As described above, the effective area of the frame memory is determined from the spot diameter of the charged particle beam and the observation magnification.
走査型電子顕微鏡を例にして第１図に本発明の実施例
を示す。FIG. 1 shows an embodiment of the present invention using a scanning electron microscope as an example.
第１図に於いて（１）は電子銃、（２）、（４）は電
子ビーム制限用アパーチャ、（３）はブランカー、
（５）はＸ方向用偏向器、（６）はＹ方向用偏向器、
（７）は対物レンズ、（８）はディテクター、（９）は
観察試料、（10）はステージ、（11）は電子銃制御回
路、（12）はブランキング制御回路、（13）はXY走査信
号発生回路、（14）はＸ方向走査信号増幅回路、（15）
はＹ方向走査信号増幅回路、（16）は対物レンズ制御回
路、（17）は画像信号増幅回路、（18）はフレームメモ
リ、（19）はCRT、（20）はステージ駆動回路、（21）
は視野移動指示器、（22）は中央制御回路である。In FIG. 1, (1) is an electron gun, (2) and (4) are apertures for restricting an electron beam, (3) is a blanker,
(5) is an X-direction deflector, (6) is a Y-direction deflector,
(7) is an objective lens, (8) is a detector, (9) is an observation sample, (10) is a stage, (11) is an electron gun control circuit, (12) is a blanking control circuit, and (13) is XY scanning. Signal generation circuit, (14) X-direction scanning signal amplification circuit, (15)
Is a Y-direction scanning signal amplifier circuit, (16) is an objective lens control circuit, (17) is an image signal amplifier circuit, (18) is a frame memory, (19) is a CRT, (20) is a stage drive circuit, and (21)
Is a visual field movement indicator, and (22) is a central control circuit.
電子銃（１）から射出され、アパーチャ（２）、
（４）を通り抜けた電子ビームは偏向器（５）、（６）
でＸ、Ｙ方向に偏向された後、対物レンズ（７）で収束
されて観察試料（９）に照射される。この時観察試料
（９）から発生する２次電子あるいは反射電子はディテ
クタ（８）に入り電気信号に変換され、画像信号増幅回
路（17）で所定のレベルまで増幅された後、画像処理装
置（18）に入りディジタル値に変換されフレームメモリ
記録される。試料像信号が連続して入ってくる場合に画
像処理装置（18）は、中央制御回路（22）からの指示に
より過去に取込まれた複数回の試料像信号を積算し平均
化してフレームメモリに記憶する。フレームメモリ（1
8）に記録された試料像データは、CRT（19）の同期速度
に対応した速さで読み出され、画像処理装置（18）内の
D/Aコンバータでアナログ信号に変換されてCRT（19）に
送られ静止試料像として表示される。一方、XY走査信号
発生回路（13）は電子顕微鏡のＸ、Ｙ方向偏向器
（５）、（６）をドライブする走査信号Ｘ、Ｙを発生し
これらの信号を、Ｘ方向走査信号増幅回路（14）、Ｙ方
向走査信号増幅回路（15）に送る。走査信号Ｘ、Ｙは、
増幅器（14）、（15）で中央制御回路（22）の指示によ
り電子顕微鏡の観察倍率に応じた振幅に増幅され偏向器
（５）、（６）を駆動する。この一連の動作により走査
型電子顕微鏡を操作するオペレータは、希望する倍率で
試料像をCRT（19）で観察することが出来る。Emitted from the electron gun (1), the aperture (2),
The electron beams passing through (4) are deflectors (5) and (6).
After being deflected in the X and Y directions, the light is converged by the objective lens (7) and irradiated onto the observation sample (9). At this time, secondary electrons or reflected electrons generated from the observation sample (9) enter the detector (8), are converted into electric signals, and are amplified to a predetermined level by the image signal amplifier circuit (17). 18) is converted into a digital value and recorded in the frame memory. When the sample image signals are continuously input, the image processing device (18) accumulates and averages a plurality of sample image signals acquired in the past in accordance with an instruction from the central control circuit (22), and averages the frame image signals. To memorize. Frame memory (1
The sample image data recorded in (8) is read out at a speed corresponding to the synchronization speed of the CRT (19), and is read in the image processing device (18).
The signal is converted to an analog signal by a D / A converter, sent to a CRT (19), and displayed as a still sample image. On the other hand, the XY scanning signal generating circuit (13) generates scanning signals X and Y for driving the X and Y direction deflectors (5) and (6) of the electron microscope, and converts these signals into an X direction scanning signal amplifying circuit ( 14), sent to the Y-direction scanning signal amplifier circuit (15). The scanning signals X and Y are
The amplifiers (14) and (15) are amplified by an instruction of the central control circuit (22) to an amplitude corresponding to the observation magnification of the electron microscope, and drive the deflectors (5) and (6). An operator operating the scanning electron microscope by this series of operations can observe the sample image on the CRT (19) at a desired magnification.
第２図は本発明の作用を示すフローチャートである。 FIG. 2 is a flowchart showing the operation of the present invention.
本実施例では、メモリ実装上の問題と画像取り込み速
度、及び電子ビームスポット径の関係からフレームメモ
リ（18）の大きさを1024×1024とし、このメモリのエリ
アを、 （ａ）1024×1024、（ｂ）512×512、（ｃ）256×25
6、の３段階に切換えられるようにした。In the present embodiment, the size of the frame memory (18) is set to 1024 × 1024 from the relationship between the memory mounting problem, the image capturing speed, and the electron beam spot diameter, and the area of this memory is (a) 1024 × 1024, (B) 512 × 512, (c) 256 × 25
It was made possible to switch to the three stages of 6.
オペレータが倍率変更の操作を行なうと、制御装置の
中央制御回路（22）は設定倍率を読み込み（第２図のス
テップ101）、フレームメモリを内蔵した画像処理装置
（18）に制御信号を送り、その設定された倍率αに（ス
テップ102）対応させたフレームメモリのエリアにする
よう指令する。フレームメモリ（18）は倍率αが20,000
倍未満の場合、フレームメモリのエリアを1024×1024に
（ステップ103）、倍率αが20,000倍以上40,000倍未満
の場合は512×512に（ステップ104）、倍率αが40,000
倍以上の場合は256×256に（ステップ105）に設定す
る。When the operator changes the magnification, the central control circuit (22) of the control device reads the set magnification (step 101 in FIG. 2) and sends a control signal to the image processing device (18) having a built-in frame memory. An instruction is issued to set an area of the frame memory corresponding to the set magnification α (step 102). The frame memory (18) has a magnification α of 20,000
If it is less than 2 times, the area of the frame memory is set to 1024 × 1024 (step 103). If the magnification α is 20,000 times or more and less than 40,000 times, it is set to 512 × 512 (step 104), and the magnification α is 40,000.
If it is more than twice, set it to 256 × 256 (step 105).
このようにして試料の観察倍率に対応させてフレーム
メモリのエリアを可変出来るので、観察試料像の表示倍
率の変動時に、応答性が良く、分解能の優れた試料像が
得られる。Since the area of the frame memory can be changed in accordance with the observation magnification of the sample in this manner, a sample image with excellent responsiveness and excellent resolution can be obtained when the display magnification of the observation sample image changes.
尚、実施例では３段階にフレームメモリのエリアを設
定しているが、特に３段階の設定にはこだわるものでは
なく、連続したフレームメモリのエリアの変更を行なっ
てもよい。In the embodiment, the area of the frame memory is set in three stages. However, the present invention is not particularly limited to the setting of three stages, and the area of the frame memory may be changed continuously.
本発明の装置を使用することにより、高倍率で観察
時、荷電粒子線のスポット径から得られる試料像の分解
能を劣化させることなく、フレームメモリのエリアを縮
小して使用することが出来るので、試料像の取り込みが
低倍率の時に比べて1/4あるいは1/16の時間で済み、応
答性が著しく向上するばかりでなく、一つのフレームメ
モリに４枚または16枚の試料像を別々に格納することが
出来、フレームメモリの利用効率を格段に上げることが
出来る。By using the apparatus of the present invention, when observing at high magnification, the area of the frame memory can be reduced and used without deteriorating the resolution of the sample image obtained from the spot diameter of the charged particle beam, Acquisition of sample images is only 1/4 or 1/16 of that at low magnification, which not only significantly improves responsiveness, but also stores 4 or 16 sample images separately in one frame memory. And the use efficiency of the frame memory can be remarkably increased.
更に、フレームメモリのエリアの切換えが倍率の設定
により自動的に行なわれるので、オペレータはフレーム
メモリのエリアを全く意識せずに使用しても、常に最適
のメモリ管理を行うことが出来る。Furthermore, since the switching of the area of the frame memory is automatically performed by setting the magnification, even if the operator uses the area of the frame memory completely without consciousness, the memory management can always be performed optimally.
第１図は本発明を電子顕微鏡に適用した一実施例のブロ
ック図、 第２図は本発明の作用を示すフローチャートである。 〔主要部分の符号の説明〕 18……フレームメモリを内蔵した画像処理装置 19……CRT 21……視野移動指示器 22……中央制御回路FIG. 1 is a block diagram of an embodiment in which the present invention is applied to an electron microscope, and FIG. 2 is a flowchart showing the operation of the present invention. [Description of Signs of Main Parts] 18 Image processing device with built-in frame memory 19 CRT 21 Field of view movement indicator 22 Central control circuit
Claims (1)
る荷電粒子光学系と、 前記荷電粒子線の走査により前記試料から得られる情報
を検出する検出部材と、 該検出部材の出力値を蓄積するフレームメモリを有する
画像処理装置と、 該画像処理装置のフレームメモリに蓄えられた試料像を
表示する表示器と、 前記試料を載置しXY方向に移動可能なステージを有する
試料移動装置と、 前記荷電粒子光学系と前記検出部材と前記画像処理装置
と前記試料移動装置とを制御する制御装置と、 該制御装置に前記試料像の移動や、観察倍率の変更、画
像回転等の指示をする入力装置とを備えた荷電粒子線装
置において、 前記制御装置は、前記表示器に表示する試料像の倍率に
対応させて、前記画像処理装置のフレームメモリのエリ
アを設定する手段を有することを特徴とする荷電粒子線
装置。1. A charged particle optical system for two-dimensionally scanning an observation sample with a charged particle beam, a detection member for detecting information obtained from the sample by scanning the charged particle beam, and an output value of the detection member , An image processing apparatus having a frame memory for accumulating the image, a display for displaying a sample image stored in the frame memory of the image processing apparatus, and a sample moving apparatus having a stage on which the sample is placed and movable in the XY direction A control device for controlling the charged particle optical system, the detection member, the image processing device, and the sample moving device; and instructions to the control device for moving the sample image, changing an observation magnification, rotating an image, and the like. A controller for setting an area of a frame memory of the image processing apparatus in accordance with a magnification of a sample image displayed on the display device. The charged particle beam apparatus characterized in that it has.
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- 1989-02-21 JP JP1041267A patent/JP2775812B2/en not_active Expired - Lifetime
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